几种新型纤维的性质及染色
发表时间:2018-01-16     发表评论

近些年来,服装面料的发展日新月异,新型面料不断推出。一方面归结于科技技术的不断发展,另一方面,市场的需要是推动面料发展的直接原因。保暖与美观已不再是消费者的唯一追求,绿色保健已成为人们选择服装面料的又一焦点。应此要求,一批批新型的绿色保健面料应运而生。

1、Tencel纤维

Tencel纤维是 天然纤维素纤维,采用NMMO(环状叔胺氧化物:N--甲基吗啉氧化物N-methyl-morpholine-Oxide)纺丝工艺生产而成。 Tencel纤维在生产过程中无污染并且性能优良被誉为“21世纪最有希望的绿色环保型纤维”,从而成为国内外纺织企业竞相开发的热点产品。

Tencel纤维的化学结构与棉纤维、粘胶纤维基本相同,但其聚合度高于粘胶纤维。它具有良好的吸湿性,透气性,服用舒适性;其光泽性,抗静电性,染色性,成服的尺寸稳定性,废弃后的生物降解性都很好,其湿强仅比干强降低15%~17%,缩水率不高,Tencel纤维最大的优点是生产工序少而简单,不需 使用剧毒化工品;所使用的溶剂可以全部回收利用,对环境没有污染。

1.1 Tencel纤维的染色特点

据大量的资料介绍,Tencel纤维与棉、粘胶同属于纤维素纤维,可以用棉用染料染色,但实验表明多数染料对Tencel纤维上染率不高,上染速率慢,难以达到得色浓艳的效果。


Tencel纤维的染色性能与粘胶纤维之所以不同,主要是由于Tencel纤维内部结构不同所致。粘胶纤维有皮层和芯层,而Tencel纤维因皮层很薄,几乎接近全芯层结构;Tencel纤维结晶度和取向度都很高,结晶度比粘胶纤维高2倍,且结晶区较长,非晶区结构也有所不同。这样染料在纤维内部的渗透性和扩散性差,染色速率慢,其匀染性差上染率低浓艳程度不及粘胶纤维。

1.2 B型活性染料对Tencel纤维的染色

B型活性染料以一氯均三嗪基团为连接基,在染料母体上引入乙烯砜硫酸酯,使之兼有两种活性基团的优点。其染色性能稳定,渗透性好,固色率高,匀染性好,对 染色工艺条件的变化有相当强的适应性,染色后色光鲜艳纯正,充分体现了Tencel纤维的光泽和亮度,且该染料属绿色环保染料。

分别采用活性大红BES,活性金黄B-3RD,活性艳蓝BES在某种染色工艺及条件下上染Tencel纤维:B型活性染料用于Tencel纤维染色其得色浓艳,上染率高,有着较高的耐摩擦和皂洗牢度,并且保持了Tencel纤维光泽明亮手感柔软的特 点;绿色环保B型活性染料的应用,特别是B型特深色活性染料的应用,能够满足Tencel纤维的染色加工要求,使Tencel纤维在绿色环保纺织品的开发 中更具有广阔的市场前景。

1.3 Tencel纤维的原纤化

Tencel纤维由取向度很高的纤维素分子的集合体:微原纤维以及这些集合体的原纤维构成,相邻的原纤维与原纤维之间是以氢键等微弱的结合状态相联结的。在润湿状态下,原纤维与原纤维之间的结合被切断,纤维溶胀,与纤维轴相垂直的方向的强度变得非常小。在这种状态下,若加以机械性摩擦处理,容易发生原纤化现象。

由于Tencel纤维易原纤化,染色时纤维易溶胀,一般采用多活性基团活性染料缓解这一现象。多活性基团活性染料的抗原纤化作用与活性基团在染料分子上的 位置、活性基团间距、发色基团的大小和数目、染料分子桥基的弹性、反应基团活性和染料扩散能等有关,并且上染的能力还直接受染色深浅的影响。

采用合理的化学和物理方法来控制原纤化程度,就可能表现出各种外观和风格;原纤化状态不良则会使染色受到很大影响。

虽然的原纤化控制是一个麻烦的问题,然而利用这种原纤维的性质却可以达到以下各种效果:

(1) 可以最大限度地发挥出桃皮绒风格的触感。

(2) 通过对原纤化进行巧妙的控制,可以获得天然卷曲形成的高蓬松感。

(3) 可以表现出高回弹性和良好的悬垂性。

(4) 可以获得适度的防皱性和优良的尺寸稳定性。

(5) 因其具有优良的染色性,故可以得到较高的发色性。

2、聚乳酸(PLA)纤维

聚乳酸(PLA)纤维兼有天然纤维和合成纤维的特点,吸湿排汗均匀、快干、阻燃性低、烟尘小、热散发小、无毒性、熔点低、回弹性好、折射指数低、色彩鲜艳、不滋长细菌和气味保留指数低等。由聚乳酸纤维制成的织物具有良好的悬垂性和手感,所制成的成衣具有穿着舒适,并具耐穿性、抗皱性、抗紫外线和导湿作 用,并能释放人体气味等特性,是极佳的高级休闲服饰和优质舒适的运动服面料。

合成纤维的玻璃化温度是决定染料上染的一个重要因素,当染色温度低于玻璃化温度时,纤维内部无定形区的链段尚未发生运动,供染料分子扩散的瞬间孔隙相对较 少,所以染料不会有明显的上染。当染色温度超过玻璃化温度后,上染率则随链段运动的加剧明显提高。不同制备方法及工艺生产的聚乳酸纤维会拥有不同的内部微 结构,因此具有不同的玻璃化转变温度。聚乳酸(PAL)纤维染色性能和染色机理的研究对其产品开发及实际染色加工具有重要的指导意义。国内外很多研究人员都研究过PLA纤维的染色性能, 并试图获得其与分散染料结构的关系。LEScheyer和YQYang等人测定了多只不同结构分散染料对PLA纤维的上染率,研究表明,分散染料对PLA 纤维只具有中等的亲和力,染料化学结构和能量类型与上染率之间没有明显的关系。钱红飞等人研究了12只分散染料对PLA纤维的染色性能,发现分散染料分子 过小或分子中极性基团过多,均对PLA纤维染色不利,而乙酸醋基的存在,可能会提高分散染料对PLA纤维的亲和力,因而具有较高的上染率。由聚乳酸纤维的 DSC分析可知:PLA纤维的玻璃化温度为71.30℃,在161.21℃与168.68℃处分别存在较大的吸收峰,可以推断该纤维用分散染料染色时,当 温度低于69℃,染料上染不明显,耐热性较差,在158℃时发生熔融,染色后加工时应避免高温处理,以防纤维的损伤。

通过对PAL纤维染色温度、染色色光、分散染料升温上染特性、移染性能和提升性能的试验,试图总结分散染料结构与PLA纤维染色性能的关系。结果表明:不 论是高温型还是低温型染料,不管是偶氮苯还是蕙醒结构的分散染料,它们对PIA纤维的上染率均随温度的升高而显著增大。这可能是由于分散染料在聚醋纤维内 的扩散是按自由体积模型进行的,染色温度升高引起的染料动能和纤维内自由体积的增加,导致染料在PLA纤维内的扩散速率提高。另外,尽管PLA纤维的玻璃 化温度较低,但其结晶度高,因此,提高染色温度对增加染料上染量特别有效。考虑到120℃和130℃高温染色对纤维降解程度较大,强力明显降低,故认为 PLA纤维染色时,淡中色宜选用100℃,中浓色宜选用110℃。同时应该注意:PLA纤维对温度的敏感性和PET纤维有所不同。PET纤维随温度的上 升,上染百分率增加很快,而PLA纤维随着温度的提高,上染百分率增加较为缓慢,而且上染百分率的增加并不随染色时间的延长而上升,一旦出现色差现象,很 难像涤纶纤维那样通过染色时间的延长来纠正,因此在实际的染色过程中必须严格控制染色温度。通过移染达到匀染,是提高PAL纤维匀染性的重要途径。移染性受诸多因素影响,例如染料结构、染色助剂、染色温度和时间等。PLA纤维、聚对苯二甲酸丙二 醇醋(PTT)纤维的染色温度是110℃,涤纶(PET)纤维的染色温度为130℃。为使分散染料在PLA、PTT、PET纤维的移染性试验更接近于实际 染色,该试验三种纤维的移染温度均与它们相应的染色温度相同.


由图可知,分散染料在PAL纤维上的移染性能优于在PTT和PET纤维的移染性能,对提高PLA纤维的匀染性十分有利。从染料来看,蓝56的移染性能好于紫31。这是因为前者的分子尺寸小,容易从纤维中扩散出来,解吸到溶液中,并再次在纤维上发生吸附和扩散。

染料的提升力是指纤维或纺织品在染色时,纤维上染料浓度或表面颜色浓度随着染液中染料用量的增加而相应递增的性能。选用十余只不同结构的分散染料,对 PLA纤维在不同染料浓度下染色,然后测定各试样的K/S值,比较不同染料提升性能的差别。实验表明:相同的分散染料在PAL和PET纤维上的提升性能差 别较大,其在PLA纤维上的提升性能较差,这对PLA纤维深浓色染色是不利的。因此,PLA纤维在染深时浓色更应该注意染料的选用。分析分散染料在PLA 纤维上的提升性能较差的原因,应该与其结晶度高、自由体积少,以及与染料的亲和力不如PET纤维等原因有关。另外,值得注意的是,由于分散染料在PLA纤 维上的上染量普遍低于在PET纤维上的上染量,因此,在染料用量高的情况下,由于上染率不高,势必会产生因染液中染料浓度高而引起可溶性欠佳或染料未充分增溶的问题,从而影响了染料的进一步上染。

分散染料对PLA纤维的染色,其上染率高低取决于染料上染速率和对纤维亲和力的高低。而染料分子大小、极性基团性质和数目多少、分子结构形状都会影响染料的上染率和亲和力,从而影响上染率的高低。分散染料的结构与PLA纤维的上染百分率有关。偶氮结构的染料,对纤维都有较高的上染百分率,其原因可能是与染料化学结构呈线型有关。如C.I.红54,分子的平面性好,分子中共轭体系较长,与PLA纤维的接触面大,因而有较高的直接性,所以能获得较高的上染百分 率。上染百分率的高低还与染料分子中的极性基团有关。PLA分子中含有大量极性基团,因此当染料分子中也有较多极性基团如-OH、-NH2、 -NHNOR、-CN、-Cl、-Br、-NO2、-SO2NH3等基团时,染料的结构性质与纤维的结构性质相接近,两者容易相亲,染色亲和力较高,如 C.I.蓝79.

由于PLA纤维耐热性差,染色温度不宜太高,时间不宜太长;且由于PLA纤维不耐碱,故分散染料聚乳酸纤维染色的最佳工艺条件是pH=5,温度110℃,时间30min~40min。严格控制染色温度,否则不能得到良好的染色重现性,即使延长染色时间也无济于事。

3.竹纤维
竹纤维原料来源广泛,生产制造中实施绿色生产,适应市场绿色环保的前景。竹纤维的横截面成不规则的椭圆形,有中腔,业内人士称其为“会呼吸的纤维”,可在瞬间吸收并蒸发水分,其吸湿性优于棉纤维。竹纤维最突出的独有的特点是具有天然抗菌性,且不会因为反复洗涤、日晒而失去抗菌性。其织物具有与其他纤维不同的独特风格,强力高,耐磨性、吸湿性、悬垂性俱佳,手感柔软,穿着舒适凉爽,染色性能优良,光泽亮丽,且有较好的天然抗菌效果,是夏季针织和贴身纺织品的首选原料。
竹纤维的水溶速率随酸的浓度(c≤4g/L)的增加而增大,这可能是因为酸对纤维素分子中甙键的水解起催化作用,使纤维聚合度降低。竹纤维在碱作用下剧烈膨胀以致溶解,使纤维机械性能下降。其在碱中的溶失率先随浓度增加而增大,其后出现降低。出现下降的原因可能是纤维素-OH•NaOH可能随着碱的浓度增大渗透压反而减小,氢氧化钠渗透纤维困难。
竹纤维的吸湿性与粘胶纤维相当,对染料、化学试剂的吸附量较大。在加碱固色后,上染出现突降点,,这说明加入碱时,产生的纤维羟基离解成阴离子状态的数量增多,对染料阴离子斥力增加,而且,PH值过高,水解染料增多。虽然PH值增加可提高染料和纤维素纤维的反应速率,但水解速率增加的更快。随固色的继续,上染率增加,且逐渐高于染色时的上染率,说明加入碱剂后染料与纤维发生键合反应,原染色平衡被破坏,染液中的染料继续上染。
在相同上染百分率下用活性染料上染竹纤维、粘胶纤维,通过对染色K/S值的比较得出:竹纤维、粘胶纤维用活性染料染色后,竹纤维染色的表观深度大于粘胶纤维的表观深度,即竹纤维得色深于粘胶纤维。这可能与竹纤维的多孔隙结构有关,其中空式的纤维结构有利于染料的进入。又通过在相同条件下活性染料对竹纤维、粘胶纤维固色率的比较得出:在相同条件下竹纤维的固色率高于粘胶纤维的固色率。耐洗牢度与粘胶纤维几乎相同。因此,在染色方面,适合棉型粘胶的同样适用于竹纤维,其与染料分子的亲和性好,有优良的可染性,吸色均匀透彻,色牢度强,多次洗涤后仍能保持鲜艳的色彩。
竹纤维取源于成本低廉的自然物质,减少了纺织品对原油的严重依赖,有利于资源的合理利用;竹纤维的生产过程清洁卫生,有利于环境保护;竹纤维集天然纤维与人造纤维的优点于一身,且具有独特服用性能和天然抗菌性能,是安全、舒适、健康、环保的纺织面料;竹纤维的产品开发种类繁多,市场前景广阔。

4.粘胶基空调纤维
近年来,随着智能材料的不断创新,智能纤维、智能纺织品以及智能服装以异乎寻常的速度发展为时尚产品。目前主要被应用在医疗保健、军事等各种领域,并逐步向着民用服装领域普及。空调纤维是一种新型智能纤维,它是一种将相变蓄热材料技术与纤维制造技术相结合开发出的功能性产品,具有良好的调温功能。当外界环境温度升高时,相变材料吸收热量,从固态变为液态,降低了体表温度。相反,当外界环境温度降低时,相变材料放出热量,从液态变为固态,减少了人体向周围放出的热量,保持住人体的正常体温,使人体处于一种舒适的状态。针织面料与人体密切接触,普遍用于制作冬季的内衣和夏季服装,用空调纤维纺制织成的高档针织面料非常适合制作贴身穿着的冬暖夏凉的服装。
粘胶纤维具有吸湿性好、透气性好、穿着舒适、染色性好等特点,与其他纤维混纺可以生产出各种服装面料。将粘胶纤维纺丝液中混入微胶囊包裹的相变材料制得的粘胶基空调纤维不仅具有普通空调纤维的特点,而且兼具了智能纤维的调温性,是一种非常有发展潜力的新型纤维。
空调纤维具有较明显的光滑平整纵向结构,表面有平行于纤维轴向的条纹,纵向形态呈现不规则的沟槽,有利于纤维的吸湿、导湿和放湿;横截面外缘具有不规则的锯齿形,纤维内部有气泡,即皮芯结构,球状空泡的存在较为明显。空调纤维只是在粘胶纺丝液中加入微胶囊包裹的相变材料,工艺无变化,故其截面形状较普通粘胶无变化。其断裂强力和断裂延伸率均高于普通粘胶纤维。空调纤维的摩擦系数较小,在纺纱时表现为纤维之间的抱合力较差,需要对纤维加入一定量的抗滑油剂,以确保成网、成条、成纱的质量。并且在制造过程中注意张力,以防破坏微胶囊,相变材料溢出,造成纤维粘连。
空调纤维的回潮率比常规粘胶的要高,说明空调纤维的吸湿性比较好,比棉纤维的明显高许多,这是因为粘胶类纤维的结晶度比棉纤维的要低,而吸湿和放湿均发生在无结晶区,同时,纤维大分子中,亲水基团的数目和种类均能影响吸湿能力的大小,空调纤维与普通粘胶相同,均含有大量的羟基基团,羟基的亲水性很高,吸附大量的水分子,同时纤维表面的纵向沟槽也有利于吸湿和导湿,加入微胶囊后的空调纤维,孔隙增多,吸湿能力有所增强。空调纤维的质量比电阻比普通粘胶的低,说明空调纤维比普通粘胶的导电能力要好,服用性能优良。因此空调纤维织物在使用过程中不会产生静电干扰现象,尤其是湿度要求不需要像其他合成纤维,比如涤纶那样,要用其他方法使其具有耐久性抗静电性能,以免产生过多的静电影响纺纱的顺利进行。
空调纤维最大的特点是它的蓄热放热双向调温性能。而在染整加工过程中如何保证这种调温性,这就需要注意各项工艺条件的影响,尽可能采用缓和的工艺进行加工:采用生物复合酶对空调纤维进行前处理比用传统的碱处理作用条件要温和得多,并且效果不错;漂白工序双氧水、碱、高温都会对空调纤维性能产生影响,这时,我们必须采用低温低碱工艺,比如加入双氧水活化剂,如果漂白任务较重,可以进行复漂,不要一次双氧水用量太大;染色时采用低温型活性染料,并注意兼顾低碱和较高的上染率。
空调纤维较普通粘胶纤维上染率较高,由于加工过程除了添加相变材料外,与普通粘胶纤维并无区别,因此在染色时参考粘胶纤维即可。
现在纺织行业的竞争中,新型纤维是非常重要的一个方面。不断开发新型纤维、新型面料,必然会开启一个又一个崭新的时代。
 

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稿件来源:印染在线交流
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